Витамин D как новый стероидный гормон и его значение для мужского здоровья

Введение

Традиционные представления о витамине D связаны прежде всего с его ключевой ролью в фосфорно-кальциевом гомеостазе и влиянием на минеральную плотность костной ткани. Однако в отличие от других витаминов он не является витамином в классическом понимании этого термина, поскольку поступает в организм в неактивной форме и только за счет двухступенчатого метаболизма превращается в активную гормональную форму.

Витамин D оказывает разнообразные биологические эффекты благодаря взаимодействию со специфическими рецепторами, локализованными в ядрах клеток многих тканей и органов, что также отличает его от традиционных витаминов. Термин «витамин D» объединяет группу сходных по химическому строению форм витамина D, относящихся к классу сексостероидов, – D1, D2, D3, D4, D5. Только D3 рассматривают как истинный витамин D. Другие представители этой группы считаются его модифицированными производными.

В отличие от других витаминов к активной форме витамина D в клетках различных органов и тканей (головного мозга, предстательной и молочной желез, кишечника, иммунокомпетентных клеток) выявлены специфические рецепторы. Особенности метаболизма витамина D и наличие тканевых ядерных рецепторов к 1-альфа,25-ди- гидроксивитамину D3, называемых рецепторами к витамину D (vitamin D receptors – VDR), позволяют рассматривать витамин D как активный гормон, работающий в рамках эндокринной системы D-гормона. Функции этой системы заключаются в способности генерировать и модулировать биологические реакции более чем в 40 тканях-мишенях путем регуляции транскрипции генов (медленный геномный механизм) и быстрых негеномных молекулярно-клеточных реакций. При этом активными компонентами D-эндокринной системы являются лишь сам D-гормон и гидроксилирующие ферменты.

Биологическое действие витамина D опосредуется через специфические D-рецепторы, которые распределены в различных тканях. Витамин D связывается с ядерным D-рецептором, что способствует гетеродимеризации Х-рецепторов ретиноидов. Это в свою очередь приводит к связыванию витамина D с промоторными локусами генов-мишеней. D-рецепторы также взаимодействуют с другими транскрипционными факторами, например белками и ко-активатором транскрипции и кальцийсвязывающими белками. Это медленный геномный путь, который приводит к изменениям в транскрипции гена в течение нескольких часов и дней. Другой путь взаимодействия с D-рецептором – быстрый негеномный, который реализуется на поверхности клетки и способствует более быстрому реагированию генов – в течение нескольких секунд и минут.

Витамин D как активный метаболический гормон D

Витамин D является жирорастворимым витамином, который естественным образом присутствует в ограниченном количестве продуктов питания. В организме человека он вырабатывается только при определенных условиях – при попадании ультрафиолетовых солнечных лучей на кожу.

Витамин D, образующийся под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей, получаемый из продуктов питания и в виде добавок к пище, биологически инертен. Для активации в организме он должен пройти два процесса гидроксилирования. Первый происходит в печени: витамин D преобразуется в 25-гидроксивитамин D – 25(OH)D, или кальцидиол. Второе гидроксилирование происходит преимущественно в почках, и его результатом является синтез физиологически активного 1,25-дигидроксивитамина D – 1,25(OH)2D, или кальцитриола.

Несмотря на то что роль и основные функции витамина D известны давно (профилактика рахита у детей, участие в фосфорно-кальциевом обмене), спектр знаний о нем в последнее время значительно расширился. Сегодня известно, что витамин D, по сути будучи гормоном D, необходим для поддержания физиологических процессов и оптимального состояния здоровья. Рецепторы к витамину D присутствуют в большинстве клеток и тканей организма человека. К биологическим функциям витамина (гормона) D относят торможение клеточной пролиферации и ангиогенеза, стимуляцию продукции инсулина и кателицидинов (антимикробных пептидов), ингибирование продукции ренина, противовоспалительное, антигипертензивное и другие действия (рис. 1).

Рис. 1. Классические и неклассические эффекты витамина (гормона) D

В детском и юношеском возрасте адекватные уровни витамина (гормона) D необходимы для обеспечения роста клеток, формирования скелета и роста. Как показали последние эпидемиологические и экспериментальные данные, низкий уровень витамина (гормона) D тесно связан с общей смертностью, развитием сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний (в основном рака молочной железы, простаты и толстого кишечника), артериальной гипертензии, саркопении, метаболического синдрома, а также инсулинорезистентности и сахарного диабета (СД) 1 и 2 типов у взрослых.

Дефицит витамина (гормона) D – новая метаболическая пандемия XXI века

Дефицит витамина (гормона) D, который является новой неинфекционной пандемией XXI века среди взрослого населения, проживающего севернее 35-й параллели, обусловлен резким снижением периода пребывания на солнце.

У жителей северных стран, где имеют место существенные сезонные различия в уровне естественной освещенности, уровень витамина (гормона) D в крови снижается в темные зимние месяцы, достигая максимальной концентрации в течение лета. При этом пик рождаемости отмечается весной. Подобный парадокс можно объяснить, в частности, сезонными изменениями гипоталамо-гипофизарной системы и нейротранс­миттеров головного мозга (серотонина, дофамина и эндогенных опиоидов).

Данные о частоте дефицита витамина (гормона) D в популяции в целом неоднозначные, что во многом обусловлено географией района исследования, уровнем годовой инсоляции, климатом, характером и привычками питания. Однако доподлинно известно, что свыше 50% людей в мире имеют дефицит витамина (гормона) D, среди пожилых людей этот показатель достигает 80–90%. Кроме того, уровень 25(ОН)D с возрастом снижается даже у тех, кто проживает в регионах с достаточным уровнем инсоляции.

Россияне относятся к группе высокого риска в отношении дефицита витамина (гормона) D в силу указанных географических факторов. На сегодняшний день в России опубликованы результаты пока единичных исследований по распространенности дефицита витамина (гормона) D среди жителей страны. В России, как и большинстве северных стран, частота дефицита витамина D среди населения приобретает угрожающий характер.

В ходе пилотного исследования нами установлено, что тяжелый дефицит витамина (гормона) D (уровень витамина D3 в крови < 10 нг/мл) имеет место у 5,26% женщин и 5,38% мужчин старше 40 лет с саркопенией. У 26,32% женщин и 27,96% мужчин уровень витамина (гормона) D крови составляет около 10–20 нг/мл, у 42,11% женщин и 29,03% мужчин – около 20–29 нг/мл. Дефицит витамина (гормона) D (уровень витамина D3 в крови > 29 нг/мл) отсутствует у 26,32% женщин и 37,63% мужчин. Учитывая высокую распространенность (74% у женщин и 62% у мужчин) дефицита витамина (гормона) D у пациентов с саркопенией, есть основания полагать, что его недостаточность – один из ключевых компонентов патогенеза саркопении – дефицита количества и качества мышечной массы.

В группе риска по развитию дефицита витамина (гормона) D находятся младенцы, пожилые лица, люди с ограниченным пребыванием на солнце, темнокожие, пациенты с ожирением, заболеваниями, сопровождающимися нарушением всасывания жиров, в том числе перенесшие шунтирование желудка.

Крайне важно учитывать высокий риск развития дефицита витамина (гормона) D у пациентов с ожирением. Витамин (гормон) D – мощный жиросжигающий гормон с антиоксидант­ными свойствами, и его роль в комплексной терапии ожирения сложно переоценить.

Считается, что серьезный дефицит витамина (гормона) D выявляется при концентрации 25(OH)D в сыворотке крови < 12 нг/мл. Уровни 25(OH)D 12–30 нг/мл свидетельствуют о недостаточности витамина (гормона) D. Оптимальной концентрацией 25(OH)D в крови считается уровень 30–60 нг/мл.

В целом у 40–60% населения земного шара статус витамина (гормона) D расценивается как недостаточный. Эпидемиологический рост социально значимых заболеваний, таких как сахарный диабет, остеопороз, злокачественные опухоли и аутоиммунные болезни, развитие которых связано, в частности, с низким уровнем витамина D, делает вопросы коррекции уровней витамина D весьма актуальными.

Гиповитаминоз D чаще развивается у пожилых людей, которые практически не выходят из дома и не подвергаются инсоляции. При этом не вырабатывается витамин D3, на который приходится до 80% необходимого количества витамина D. Кроме того, у пожилых людей значительно снижена способность синтезировать витамин D при воздействии ультрафиолета B. Чтобы предотвратить развитие рака или повреждение кожи, они могут использовать солнцезащитные кремы или защитную одежду.

Примерно четверть пожилых пациентов в стационарах в определенной степени страдают остеопорозом. В группу риска в отношении гиповитаминоза  D входят беременные и кормящие женщины, жители северных рай­онов.

Для профилактического поддер­жания оптимального уровня витамина D могут использоваться монопрепараты, содержащие витамин D3.

Частота дефицита витамина (гормона) D в андрологической практике

Результаты последних эпидемиологических исследований свидетельствуют о высокой частоте нераспознанного дефицита/недостаточности витамина (гормона) D у больных уроандрологического профиля. Так, M.S. Pitman и соавт. (2011) проанализировали результаты обследования 3763 мужчин из урологических баз медицинских данных. Исследователи пришли к выводу, что у 68% урологических пациентов неадекватный уровень витамина D, у 52% из них – нераспознанные дефицит или недостаточность витамина D. Чаще D-дефицит выявляется у пациентов моложе 50 лет (44,5%), чернокожих (53,2%) или лиц испанской расы (41,6%) (р < 0,001). В мультивариационном анализе раса, возраст, время года или диагноз рака служили независимыми предикторами статуса по витамину D.

По данным И.А. Тюзикова (2014), приблизительно у 50% российских мужчин имеет место недиагностированная недостаточность витамина (гормона) D, а у каждого третьего – тяжелый дефицит витамина (гормона) D. При этом наиболее часто дефицит витамина (гормона) D у мужчин выявляется при ожирении, андрогенном дефиците, бесплодии и заболеваниях предстательной железы.

Витамин (гормон) D и тестостерон у мужчин

При проведении ряда исследований выявлены сезонные колебания уровня витамина (гормона) D: высокий уровень – летом и осенью, низкий – зимой и весной. Эти колебания совпадают с аналогичными годичными циклами колебаний уровня тестостерона у мужчин. Так, E. Wehr и соавт. (2010) провели перекрест­ное исследование с участием 2299 мужчин, посвященное оценке уровней 25(ОН)D, общего тестостерона и глобулина, связывающего половые стероиды (ГСПС). Кроме того, был рассчитан индекс свободных андрогенов (ИСА). Показано, что мужчины без дефицита/недостаточности витамина (гормона) D (уровень в крови ≥ 30 нг/мл) имели достоверно более высокий уровень общего тестостерона, ИСА и достоверно более низкий уровень ГСПС крови по сравнению с теми, у кого отмечались недостаточность витамина (гормона) D (20–29 нг/мл) или его дефицит (< 20 нг/мл) (р < 0,05 для всех показателей). Линейный регрессивный анализ показал достоверные ассоциации между уровнями 25(OH)D, общего тестостерона и ГСПС (р < 0,05). При этом уровни 25(OH)D, общего тестостерона и ИСА демонстрировали сезонные колебания с низшей точкой в марте (12,2 нг/мл, 15,9 нмоль/л и 40,8 соответственно) и пиком в августе (23,4 нг/мл, 18,7 нмоль/л и 49,7 соответственно, р < 0,05). В то же время показано, что регуляция экспрессии генов метаболизма витамина (гормона) D изменяется в соответствии с уровнем андрогенов. Именно поэтому дефицит тесто­стерона способен гипотетически усиливать неблагоприятные для здоровья последствия дефицита витамина (гормона) D, а терапия препаратами витамина (гормона) D может повышать уровень эндогенного тестостерона у мужчин.

Крупномасштабное европейское исследование EMAS (2012) выявило независимые корреляции между уровнем витамина (гормона) D и уровнем тестостерона у мужчин. Уровень 25(OH)D положительно коррелировал с уровнем общего и свободного тестостерона крови и отрицательно с уровнем эстрадиола и лютеинизирующего гормона при поправках на возраст. D-дефицит достоверно ассоциировался с компенсированным и вторичным гипогонадизмом у мужчин.

K. Nimptsch и соавт. (2012) изучали взаимосвязь между уровнями 25(ОН)D, общего и свободного тестостерона у 1362 мужчин. Как показали результаты, уровень 25(OH)D положительно коррелировал с уровнями общего и свободного тестостерона. Зависимость между уровнями 25(OH)D, общего и свободного тестостерона при низких значениях плазменного уровня 25(OH)D оказалась линейной. При высоких уровнях витамина D кривая зависимости приобретала форму плато (рис. 2).

Рис. 2. Взаимосвязь между плазменными уровнями 25(ОН)D и общего тестостерона у мужчин

Дефицит витамина (гормона) D и метаболические нарушения у мужчин 

Получены убедительные доказательства, что дефицит/недостаточность витамина (гормона) D у мужчин достоверно ассоциируется не только с латентным гипогонадизмом, но и с ожирением, инсулинорезистентностью, СД 2 типа и депрессией. Правда, многие механизмы такой связи остаются не до конца изученными. Как известно, дефицит витамина (гормона) D независимо связан с низким уровнем липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) и степенью выраженности ожирения. Дефицит/недостаточность витамина (гормона) D и патогенетически обусловленный андрогенный дефицит могут быть важными эндокринологическими механизмами, нарушающими соотношение жирозапасающих (пролактин, инсулин, кортизол) и жиросжигающих (гормон роста, катехоламины, половые гормоны, тиреоидные гормоны) гормонов. Развивающееся ожирение в свою очередь может способствовать дальнейшему уменьшению уровня циркулирующего в крови витамина (гормона) D за счет его повышенного захвата жировой тканью. В то же время пациенты с ожирением часто избегают солнечного света, который необходим для синтеза витамина (гормона) D. Соматические заболевания, ассоциированные с ожирением, прежде всего сердечно-сосудистые, не позволяют таким пациентам долго находиться под прямыми лучами солнца, что замыкает порочный круг патогенеза.

По мнению ряда исследователей, именно ожирение следует считать важным промежуточным фактором риска, приводящим к высокой мужской смертности. Имеются также доказательства, что низкий уровень витамина (гормона) D служит независимым предиктором ожирения. В этой связи ассоциация между низким уровнем витамина (гормона) D и инсулинорезистентностью может быть опосредована негативными метаболическими факторами ожирения.

Восполнение дефицита витамина (гормона) D благоприятно влияет на эффекты эндогенного инсулина, стимулируя экспрессию гена инсулинового рецептора и тем самым улучшая опосредованный инсулином внутриклеточный транспорт глюкозы.

У мужчин с СД 2 типа связь между уровнем витамина (гормона) D и уровнем тестостерона прослеживается более четко и достоверно. При этом частота дефицита/недостаточности витамина (гормона) D, ассоциированного с гипогонадизмом, у них достоверно выше, чем в общей популяции без СД.

Дефицит витамина (гормона) D и мужское бесплодие

В последнее время появляется все больше данных, подтверждающих роль витамина (гормона) D в сперматогенезе.

Выявлена взаимосвязь между низким уровнем витамина (гормона) D и снижением подвижности и количества морфологически нормальных сперматозоидов. В частности, установлена положительная корреляция между уровнем 25(OH)D и прогрессивной подвижностью сперматозоидов. В отличие от мужчин с нормальным уровнем витамина (гормона) D (> 30 нг/мл) у мужчин с дефицитом витамина (< 10 нг/мл) наблюдалось более низкое количество подвижных, прогрессивно подвижных и морфологически нормальных сперматозоидов.

Гормон D способен воздействовать на сперматогенез как напрямую, так и опосредованно, через уровень тестостерона – ключевого гормона, необходимого для правильного созревания сперматозоидов. Прямое влияние гормона D на репродуктивную функцию предопределяется тем, что его рецепторы в большом количестве экспрессируются в гладких мышцах придатка яичка, сперматогониях, клетках Сертоли, семенных канальцах, предстательной железе и семенных пузырьках. Кроме того, D-рецепторы присутствуют в гомогенатах яичек. Совсем недавно D-рецепторы были обнаружены в сперматозоидах человека, а ультрамикроскопические исследования позволили установить, что наибольшая их плотность наблюдается в ядрах половых клеток.

Конкретные механизмы, посредством которых витамин D влияет на мужскую репродукцию, остаются неясными. Недавно было установлено, что витамин D активирует определенные участки 19 из 2483 специфических генов, выявленных в клетках яичек самцов мышей. Из этих генов наиболее важным регулятором сперматогенеза может быть ген, регулирующий клеточный гомео­стаз холестерина (ген ABCA1), который представлен главным образом в клетках Сертоли. У мышей, нокаутированных по гену ABCA1, отмечалось значительное уменьшение уровня интратестикулярного тестостерона, а также снижение количества сперматозоидов по сравнению с интактными животными. Отсутствие гена ABCA1 приводит к истощению запасов липидов, в том числе ЛПВП, в клетках Лейдига, служащих основным источником холестерина для стероидогенеза. Таким образом, функция клеток Лейдига может быть нарушена при отсутствии или мутации гена ABCA1.

L. Zanatta и соавт. (2011) сообщили, что нарушение метаболизма 1,25(OH)D в плазматической мембране способно приводить к нарушению поглощения кальция и дисфункции фермента гамма-глутамилтранспептидазы (гамма-ГТП) в незрелых яичках крысы, а гамма-ГТП участвует в синтезе специфических белков, секретируемых клетками Сертоли.

Доказано, что регулятором функ­ции D-рецепторов в яичках выступает тестостерон, который усиливает активность 1-альфа-гидроксилазы – ключевого фермента метаболизма витамина D, преобразующего 25(OH)D в биологически более активную форму 1,25(OH)D2.

В экспериментальных исследованиях витамин (гормон) D продемонстрировал мощный стимулирующий эффект в отношении накопления аминокислот в яичках 11-дневных крыс, который может быть заблокирован циклогексимидом.

V.L. Akerstrom и соавт. (1992) выявили повышенное поглощение кальция клетками Сертоли типа TM4, которое опосредовано через 1,25(OH)2D3.

При изучении спермы человека установлено влияние 1,25(OH)2D3 на уровень холестерина и фосфорилирование спермальных белков, что приводит к повышению жизнеспособности сперматозоидов.

Витамин (гормон) D играет важную роль в процессах экстратестикулярного созревания спермы путем воздействия на капацитацию и модулирования жизнеспособности половых клеток. S. Aquila и соавт. (2009) показали, что 1,25(OH)2D3через D-рецепторы увеличивает внутриклеточный уровень Ca2+ в сперме и активизирует белок движения спермиев акрозин.

Кроме того, 1,25(OH)2D3 снижает содержание триглицеридов одновременно с увеличением активности липазы спермы. Исходя из этого выдвинута гипотеза о том, что липидный обмен в сперматозоидах активизируется для удовлетворения их энергетических потребностей, которые активно расходуются в процессе капацитации, что позволяет половым клеткам тратить энергию в меньших объемах, но в течение более длительного периода.

Дефицит витамина D и заболевания предстательной железы

В последние годы установлена достоверная связь между уровнем витамина D в крови и частотой заболеваний предстательной железы. Так, блокада простатических рецепторов к витамину (гормону) D приводит к развитию аутоиммунного хронического простатита, что связано со способностью естественных метаболитов витамина (гормона) D оказывать выраженный антибактериальный и противовоспалительный эффект (рис. 3).

Рис. 3. Предполагаемые механизмы антибактериальных эффектов метаболитов витамина (гормона) D

Уровни 25(OH)D, альбумина, скорректированного по сывороточному кальцию, ГСПС и ЛПВП находятся в достоверной обратной связи с объемом предстательной железы. Витамин (гормон) D ингибирует ROCK-киназу, циклооксигеназу 2 и простагландины Е2 в стромальных клетках простаты, что обеспечивает профилактический эффект в отношении доброкачественной гиперплазии предстательной железы (рис. 4).

Рис. 4. Возможные механизмы влияния витамина D на анатомо-функциональное состояние пузырно-уретропростатического комплекса

В метаанализе 2014 г., посвященном влиянию полиморфизма генов рецепторов VDR (гены BsmI, TaqI, FokI и ApaI) на риск развития рака предстательной железы (РПЖ) и основанном на анализе 126 исследований, достоверно показано, что риск развития РПЖ может быть связан не только с плазменным уровнем витамина (гормона) D, но и с полиморфизмом гена рецепторов к нему.

По данным W.B. Grant (2014), дефицит витамина (гормона) D ассоциируется с увеличением риска развития более агрессивного РПЖ у пациентов с повышенным уровнем простатического специфического антигена крови или подозрением на РПЖ по результатам пальцевого ректального исследования предстательной железы. Поэтому предварительное определение уровня витамина (гормона) D в крови перед пункционной биопсией предстательной железы у таких пациентов может иметь значение для прогнозирования положительных или отрицательных результатов биопсии. Кроме того, данные систематического обзора 2014 г. свидетельствуют о том, что дефицит витамина (гормона) D у мужчин может рассматриваться как достоверный предиктор повышенного риска РПЖ.

Заключение

Витамин D является уникальным, многосторонним и высоко метаболически активным стероидным гормоном, который достоверно связан с другими гормональными регуляторами функций мужского организма. Спектр жизненно важных биологических эффектов витамина (гормона) D чрезвычайно широк, а распространенность его дефицита высока. Именно поэтому компенсация дефицита витамина (гормона) D является важной профилактической и лечебной опцией в рамках антивозрастных терапевтических стратегий, направленных на увеличение продолжительности качественной жизни мужчин.

Кроме того, данная проблема весьма актуальна для андрологической практики, поскольку витамин (гормон) D активно участвует в патогенезе большинства заболеваний мочеполовой и репродуктивной систем у мужчин. Управление этим гормоном может стать прорывом в повышении эффективности профилактических и лечебных мероприятий при андрологических заболеваниях.